钢结构厂房抗震支吊架设计思路浅析

万里鹏，周洋，王强

（中机中联工程有限公司，重庆 400039）

建筑物内安装的机电管线，传统的安装固定方式是解决管线因自身重力而产生的强度问题，仅考虑了竖直方向的重力支撑。影响传统支吊架设置的因素主要为管线最大跨度和相邻支撑点间距，在工程设计中，只要综合考虑这两个因素，就能确定最优的管线支吊解决方案。而国家标准GB50981-2014《建筑机电工程抗震设计规范》强制要求对抗震设防烈度在6度及以上的建筑机电工程进行抗震设计，传统的管线支吊方式已不能满足要求。规范实施5年来，机电管线抗震支吊方案已广泛应用于钢筋混凝土框架结构形式的民建、公建领域。而在工业领域的钢结构厂房内，因支吊点设置相对困难，造成抗震支吊架设计难度增加。本文将介绍钢结构厂房内机电管线抗震支吊架的设计流程及重点，为工厂设计相关从业人员提供一些有益的参考。

表1 常见架空敷设管线跨距表

1 管线支吊方案设计

1．1 荷载收集

工程进入施工图设计阶段的首要任务，就是根据工艺输入资料，确定厂房的机电管线的种类、大致规格和走向。区别于钢筋混凝土框架结构厂房，钢结构厂房对荷载要求更加敏感，荷载直接决定用钢量并对工程造价有更大影响。因此，我们需要将厂房内全部架空敷设的管线进行荷载估算，汇总后提交给钢结构设计人员建模。需要注意的是，汇总设计并非简单的荷载叠加，我们需要根据厂房结构形式和管线跨度，对各种管线的走向进行优化设计，形成管线集中通道，并确定管线支吊架的大致方案，这是荷载收集阶段的主要任务。

1．2 确定吊挂方案

钢结构厂房常见机电管线主要有给水、消防、供暖、通风、空调、电缆桥架、母线、天然气、热力、压缩空气及其他各种工艺气体、液体类管道。室内架空敷设的管线一般采用综合管架敷设，综合管架的设置间距要考虑各种管线的跨距、支吊点限制条件等因素。常见管线跨距见表1。

综合管架要与厂房主体钢结构可靠连接和锚固，连接锚固点的选择决定了吊挂方案的合理与否。钢筋混凝土结构建筑物的管线一般都能从梁、板或柱上生根支吊点，而钢结构厂房由于空间更大，常见的建筑高度9～15m、柱距6～10m，所以支吊点的选取会相对困难。国家标准规定采用抗震支吊架的管线基本涵盖了大部分管线类型，抗震支吊架设计几乎成为必选项。根据国标图集18R417-2《装配式管道支吊架（含抗震支吊架）》，抗震支吊架的抗震功能由侧向和纵向支撑来实现，实际应用为侧向抗震吊架、双向抗震吊架和防晃吊架。支吊点的设置位置一般会对钢结构设计有直接影响。表2总结了不同类型钢结构厂房抗震支吊架的设置方法。

表2 钢结构厂房抗震支吊架设置方案

1．3 提出设计需求

确定了抗震支吊架设置方案后，需要向结构设计人员提出相关设计需求。设计需求资料主要包括管线荷载平面布置图和抗震支吊点布置图，其中抗震支吊点布置图还需明确水平地震力荷载，按国家标准GB50981-2014《建筑机电工程抗震设计规范》第3.4.5条的公式进行计算。提出设计需求的目的，是让结构专业设计人员在建模阶段就把各种荷载考虑进去，避免后期因荷载增加或变更而造成的较大工作量的设计返工。

2 抗震支吊架施工图设计

2．1 确定支吊架间距及型式

水平管线侧向及纵向抗震支吊架间距根据规范公式8.2.3计算，与抗震支吊架最大间距l0、水平地震力综合系数αEk和抗震斜撑角度调整系数k有关。当αEk＞1.0或斜撑角度小于45°时，支吊架需加密。典型的柱上抗震支架和梁下抗震吊架如图1所示。

图1 钢结构厂房抗震支吊架设置方案

对生根于钢结构厂房屋面构件的支吊架，其型式和抗震固定方式同样可以参考上图，在屋架钢梁、屋面支撑、屋面檩条上选择合适的锚固连接点。需要注意的是，屋面构件对荷载相对敏感，需要在荷载汇总阶段向结构设计人员提出尽量准确的资料，有利于对需要加强的檩条和屋面支撑作出经济合理的设计。抗震支吊架的设置除了满足规范要求，还应与构件布置、柱网布置相协调，同时兼顾经济美观、便于施工安装的原则。

2．2 支吊架构件选型设计

抗震支吊架的所有构件均要求采用成品构件，即装配式支吊架，传统的现场焊接的型钢支吊架已不能满足规范要求。抗震支吊架的主要构件包括锚栓、C型槽钢（用作底座、立柱、横梁、连接件、斜撑）及管架等。抗震支吊架设计需要绘制节点详图，其构件的选型设计，可以依据18R417-2《装配式管道支吊架（含抗震支吊架）》进行，但实际由于构件种类数量众多，工作量会比较大。可以采用的方式是，将构件选型设计交给成品支吊架厂家负责。设计方负责提供管线荷载、支吊架布置方案，并进行最终验算复核。

2．3 支吊架受力验算

抗震支吊架布置图和节点图完成后，还需要对其进行受力验算。受力验算只需考虑水平地震作用。地震力作用下需作强度验算的构件包括：受压斜撑、吊杆、各类锚栓等。受力验算结果一般以计算书形式提供。计算书主要包括以下内容：工程信息：管线组成及规格、支吊架编号；构件信息：竖向额定荷载、侧向额定荷载、纵向额定荷载；支撑信息：吊杆、斜撑的规格和最大承载力，斜撑角度，吊杆长细比等；锚栓信息：安装方向、钻头直径、有效锚固深度、安装扭矩、抗拉和抗剪承载力等；抗震支吊架节点详图；

校核信息：抗震支吊架最大间距l0、水平地震力综合系数αEk、侧向计算荷载、纵向计算荷载。

3 施工注意事项

抗震抗震支吊架与与钢结构应采用焊接或螺栓连接。采用焊接连接时，应注意被连接结构体是否允许有焊接。采用螺栓连接时，应注意采用震动工况下防松动的双螺帽紧固。侧向、纵向抗震支吊架的斜撑安装，垂直角度宜为45°，且不得小于30°。配套安装金属管道的管卡内需配惰性橡胶内衬垫，以达到绝缘、防震、降噪（降噪至少达到8dB）的效果。同时，还应该根据现场使用环境，对抗震支吊架构件表面进行防腐处理。成品抗震支吊架安装时，需要有厂家的技术人员现场指导。机电管线安装到抗震支吊架上时，应注意协调施工，不允许出现谁先进场谁占领有利安装位置的情况，应严格按照设计图纸的管线排布施工。当抗震构件妨碍管线安装敷设时，可以临时拆除，待管线安装完毕再安装还原。

4 结语

钢结构厂房抗震支吊架的设计，需要综合考虑支吊点位置、用钢量控制以及整体协调美观性。设计人员在施工图开始阶段就要确定布置方案，这需要一定的设计施工经验积累。理顺抗震支吊架设计思路，掌握好设计重点及施工注意事项，可以有效地减少施工阶段的返工，并能保证系统抗震安全，为打造一个优质工程奠定坚实基础。